JP3265449B2 - Distance sensor - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、測距センサに関
し、特に測距対象物が発光素子から投光される2次元平
面内のどの位置にあっても測距対象物の距離を検出する
ことができ、かつ測距対象物の方向性を投光方向範囲と
いう形で検出することができる測距センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance measuring sensor, and more particularly to detecting a distance of a distance measuring object at any position in a two-dimensional plane projected from a light emitting element. The present invention relates to a distance measuring sensor capable of detecting the directionality of an object to be measured in the form of a projection direction range.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の測距センサについて図11を参照
して説明する。まず、図11において、従来の測距セン
サにおいては発光素子1からの放射光を投光レンズ2に
よって絞りをかけてから測距対象物3に向けて投光し、
その投光による測距対象物3上からの乱反射光を受光レ
ンズ4によって半導体位置検出素子(Position Sensiti
ve Photodetector: 以下、PSDという)5に対し集
光することにより、測距センサから測距対象物3までの
距離Lを検出測定することができる。この距離Lの測定
原理は三角測距方式のもので周知であるから、ここでは
簡単に説明すると、発光素子1からの放射光が投光レン
ズ2で集光されて測距対象物3上に投光されるととも
に、測距対象物3で反射されて受光レンズ4で集光され
ると、PSD5上に光スポットが形成される。そして、
この光スポットのPSD5上での位置は、上記距離Lに
応じて変化するわけである。PSD5においては光スポ
ットの位置に対応した信号電流を出力することから、こ
の信号電流を検出することで距離Lが測距できることに
なる。2. Description of the Related Art A conventional distance measuring sensor will be described with reference to FIG. First, in FIG. 11, in the conventional distance measuring sensor, the light emitted from the light emitting element 1 is projected toward the distance measuring object 3 after being stopped by the light projecting lens 2,
The semiconductor position detecting element diffused reflection light from above the measuring object 3 due to the light projection by the light receiving lens 4 (P osition S ensiti
ve Photo d etector: hereinafter referred PSD) by condensed to 5, can be detected and measured the distance L to the object 3 from the distance sensor. Since the principle of measuring the distance L is well known for a triangular distance measurement method, the light emitted from the light emitting element 1 is condensed by the light projecting lens 2 and is focused on the distance measurement target 3 here. When the light is projected, reflected by the object to be measured 3, and collected by the light receiving lens 4, a light spot is formed on the PSD 5. And
The position of the light spot on the PSD 5 changes according to the distance L. Since the PSD 5 outputs a signal current corresponding to the position of the light spot, the distance L can be measured by detecting the signal current.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記図11のように構
成された従来の測距センサにおいては、上記測定原理に
従って測距対象物3が放射光の光軸上に配置されていな
いのでは測距対象物3に対して放射光を投光できないか
ら、測距対象物3は放射光の光軸上に必ず配置されてい
ることが測距の前提となり、そのため、XーY直交2次
元平面内において測距対象物3が検出を必要とする範囲
A内において任意の位置にある場合には例えば測距対象
物3が符号で3’の位置にあるときは放射光の光軸上に
測距対象物が存在していないことから測距ができないと
いう課題がある。In the conventional distance measuring sensor configured as shown in FIG. 11, the distance measuring object 3 is not arranged on the optical axis of the radiated light according to the above measuring principle. Since the emitted light cannot be projected on the distance object 3, the distance measurement object 3 must be arranged on the optical axis of the emitted light for the distance measurement. Therefore, the XY orthogonal two-dimensional plane is used. When the distance measuring object 3 is located at an arbitrary position within the range A that needs to be detected, for example, when the distance measuring object 3 is located at the position 3 'in the code, it is measured on the optical axis of the emitted light. There is a problem that distance measurement cannot be performed because no distance object exists.
【0004】そこで、例えば広範囲に位置する測距対象
物の測距を可能とするため図12で示すように発光素子
1からの放射光に対して図11のように投光レンズで絞
りをかけることなく放射光を広い範囲6で投光させ、例
えば測距対象物が符号で8の位置にあるときは投光範囲
6内の放射光7を測距対象物8に投光して反射させ受光
レンズ4によってPSD5に集光させて測距することに
なるが、周知の三角測距法の原理からPSD5出力は測
距対象物が符号で8の位置にあるときの距離L1ではな
く、そのPSD5と測距対象物8とを結ぶ延長線上後方
の仮想の位置9のときの出力となり測定される距離はL
2となってしまい、正確に測距することができないとい
う課題がある。Therefore, in order to enable distance measurement of a distance measuring object located in a wide range, for example, as shown in FIG. 12, the light emitted from the light emitting element 1 is stopped down by a light projecting lens as shown in FIG. For example, when the object to be measured is located at the position 8 in the figure, the radiated light 7 in the projected area 6 is projected and reflected on the object 8 to be measured. The distance is measured by focusing the light on the PSD 5 by the light receiving lens 4, but the PSD5 output is not the distance L1 when the object to be measured is at the position 8 in the code but the distance L1 based on the principle of the well-known triangulation method. The output and the measured distance at the virtual position 9 behind the extension line connecting the PSD 5 and the distance measurement target 8 are L
Therefore, there is a problem that distance measurement cannot be performed accurately.
【0005】また、図13で示すように測距範囲Aをカ
バーできるように複数個の測距センサ10を投光範囲
6’に投光されるように放射線状に配置した場合では、
測距対象物8が範囲A内のどの位置に配置されていても
複数個配置された測距センサ10のうちのどれかが投光
する放射光路上にあることとなるから、それら複数個の
測距センサ10のうち、測距対象物8が配置されている
方向に投光された特定の測距センサ10’によって測距
対象物8までの距離Lを検出することができ、かつ測距
センサ10’が配置されている傾きθの方向における測
距センサ10’の投光範囲A’内に測距対象物8が有る
こともわかるから、測距センサ10’の投光範囲A’の
方向性と距離とを検出できることになるが、このような
測距では複数個の測距センサを配置する必要があるため
価格的な面で高くつき、そのうえ、複数個の測距センサ
によって検出が必要とされる範囲をカバーできるように
配置することは設置のための広いスペースが必要となっ
て測距センサを装備するシステムの形状の拡大になると
いう課題がある。In the case where a plurality of distance measuring sensors 10 are arranged radially so as to project in a light projecting range 6 'so as to cover the distance measuring range A as shown in FIG.
No matter where the distance measuring object 8 is located in the range A, any one of the plurality of ranging sensors 10 is located on the radiation optical path for projecting light. The distance L to the distance measuring object 8 can be detected by a specific distance measuring sensor 10 'projected in the direction in which the distance measuring object 8 is arranged, and the distance measurement is performed. Since it can also be seen that the distance measurement target 8 is within the light projection range A 'of the distance measurement sensor 10' in the direction of the inclination [theta] where the sensor 10 'is disposed, the light emission range A' of the distance measurement sensor 10 ' Although it is possible to detect the direction and the distance, such distance measurement requires a plurality of distance measurement sensors, so it is expensive in terms of cost, and furthermore, the detection by the plurality of distance measurement sensors is difficult. Arranging to cover the required range is for installation There is a problem that becomes enlarged in the shape of a system equipped with a distance measuring sensor is required extra space.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、所定範囲の2
次元平面内に位置する測距対象物に複数個の発光素子か
ら個別に放射光を投光し、前記各発光素子それぞれから
の放射光による前記測距対象物での反射光を受光して、
この受光によって単一の半導体位置検出素子上に形成さ
れる光スポットの位置から前記測距対象物の位置を検出
する三角測距方式の測距センサにおいて、前記半導体位
置検出素子の前方に前記反射光を前記半導体位置検出素
子上に集光させる単一のトロイダル型の受光レンズが配
置され、前記受光レンズは、前記2次元平面上で前記半
導体位置検出素子に対して任意の入射角度を有する反射
光に対して当該半導体位置検出素子上に合焦させること
によって上述した課題を解決している。Means for Solving the Problems The present invention is, second predetermined range
Multiple light emitting elements on the object to be measured located in the 3D plane
From each of the light emitting elements.
Receiving the reflected light from the object to be measured by the emitted light,
This light reception forms a single semiconductor position detection element.
Of the object to be measured from the position of the light spot to be measured
In a distance measuring sensor of a triangular distance measuring method,
Forward the reflected light to the semiconductor position detecting element in front of the position detecting element.
A single toroidal light-receiving lens that focuses light on the
And the light receiving lens is disposed on the two-dimensional plane.
Reflection with arbitrary incident angle to conductor position detecting element
The above-mentioned problem is solved by focusing light on the semiconductor position detecting element .
【0007】好ましくは前記各発光素子それぞれは所定
タイミングで個別に駆動され、前記半導体位置検出素子
は、そのタイミングに対応した測距信号を出力するよう
にしてもよい。Preferably, each of the light emitting elements is individually driven at a predetermined timing, and the semiconductor position detecting element may output a distance measurement signal corresponding to the timing.
【0008】[0008]
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
測距センサについて図面を参照して詳細に説明する。図
1は直交二次元XーY平面で示される本実施の形態に係
る測距センサの平面図であり、図2は直交二次元YーZ
平面で示されるその測距センサの平面図である。これら
の図に示される測距センサは、XーY平面内を中心点O
から等半径距離の円弧上に沿って放射状にそれぞれが互
いに配置された複数個、本実施の形態では5個の発光素
子11a〜11e(図2ではこの符号は11で代表的に
示されている。)を有している。このような配置によっ
てそれぞれの発光素子11a〜11eからは放射状に放
射光Ra〜Re(図2ではこの符号は代表的にRで示さ
れている。)が個別に出力されることになる。これら各
放射光Ra〜Reそれぞれに絞りをかけるためにそれぞ
れの発光素子11a〜11eの前方には個別に対応して
前記中心点Oから等半径距離の円弧上に沿って投光レン
ズ12a〜12e(図2ではこの符号は12で代表的に
示されている。)が配置されている。このような発光素
子11a〜11eと投光レンズ12a〜12eとの配置
関係によって本実施形態の測距センサで距離が検出され
るべき測距対象物13の検出範囲が破線Aで囲まれて示
されている。そして、各発光素子11a〜11eそれぞ
れからの放射光Ra〜Reがこの範囲Aをすべてカバー
できるようにするため各発光素子11a〜11eは前記
円弧上に沿って互いに等間隔で設置されている。なお、
図1において発光素子11cからの投光レンズ12cを
通した後の放射光Rcのみが該放射光Rcの光軸を中心
として広がった状態で示され、かつ、その広がり範囲
A’’内がハッチングで図示されているとともにそのハ
ッチング内に測距対象物13が位置している状態が示さ
れている。また、符号13’で示されるハッチング部分
は現在の測距対象物13が発光素子11dからの放射光
Rdの放射範囲内にまで移動した場合の位置を示してい
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a distance measuring sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a distance measuring sensor according to the present embodiment shown in an orthogonal two-dimensional XY plane, and FIG. 2 is an orthogonal two-dimensional YZ plane.
It is a top view of the distance measuring sensor shown by a plane. The distance measuring sensor shown in these figures has a center point O in an XY plane.
In this embodiment, five light emitting elements 11a to 11e (in FIG. 2, the reference numeral 11 is representatively used) are a plurality of light emitting elements 11a to 11e, each of which is radially arranged along an arc at an equal radial distance from. .)have. With such an arrangement, the light-emitting elements 11a to 11e individually output radiation light Ra to Re (in FIG. 2, this symbol is typically denoted by R). Each of the light emitting elements 11a to 11e is individually in front of each of the light emitting elements 11a to 11e in order to stop down each of the radiated lights Ra to Re along an arc at an equal radial distance from the center point O. (In FIG. 2, this symbol is typically indicated by reference numeral 12.). The detection range of the distance measurement target 13 whose distance is to be detected by the distance measurement sensor of the present embodiment is surrounded by a broken line A by the positional relationship between the light emitting elements 11a to 11e and the light projecting lenses 12a to 12e. Have been. The light emitting elements 11a to 11e are arranged at equal intervals along the arc so that the radiation light Ra to Re from each of the light emitting elements 11a to 11e can cover the entire range A. In addition,
In FIG. 1, only the radiated light Rc from the light emitting element 11c after passing through the light projecting lens 12c is shown to be spread around the optical axis of the radiated light Rc, and the spread range A ″ is hatched. And a state in which the distance measurement target 13 is located within the hatching. A hatched portion indicated by a reference numeral 13 ′ indicates a position when the current distance measurement target 13 has moved to within a radiation range of the radiation Rd from the light emitting element 11 d.
【0010】測距対象物13が上記範囲A内でハッチン
グで図示されている任意の位置範囲A’’の光軸上つま
り発光素子11cからの放射光Rcの光軸上に位置して
いて、この測距対象物13からのその放射光Rcに基づ
く反射光Rc’(図2では放射光は符号Rで代表的に示
されているが、これは各発光素子11a〜11eからの
放射光であり、そのうち、放射光Rcのみが反射される
ので反射光については放射光Rcによる反射光Rc’と
なっている。)は受光レンズ14で集光されてPSD1
5上に導かれ、このPSD15ではその反射光Rc’に
よる光スポットが形成されることになる。PSD15で
は発光素子11cからの放射光に基づいて形成されるそ
の光スポットの形成位置に対応して測距信号を出力する
ことになるが、この場合、上記光スポットが、発光素子
11a〜11eそれぞれから放射される各放射光Ra〜
Reそれぞれの出力タイミングからいずれの発光素子1
1a〜11eからの放射光Ra〜Reに基づいて形成さ
れる光スポットであるかが図3および図4を参照して後
述する内容から知られているから、三角測距法の原理か
ら測距対象物13までの距離Lを検出できる。したがっ
て、測距対象物13が上記範囲Aのいずれに位置して
も、それぞれの発光素子11a〜11eそれぞれから放
射光Ra〜Reが投光され、それによる測距対象物13
からの反射光によPSD15上にはそれに対応した光ス
ポットが形成されることから、PSD15の個数は1個
であるが、上記広い範囲Aにある測距対象物13に対し
て該測距対象物13までの距離の検出ができるのであ
る。また、この範囲A内にある測距対象物13に対して
各発光素子11a〜11eそれぞれから放射光Ra〜R
eを投光し、その反射光がPSD15上で入射されるか
ら、測距対象物13がこの範囲A内のどの位置にあるか
を判断できる。また、そのうえ、後述するように発光素
子11a〜11eが順番に放射光Ra〜Reを投光する
ように放射光出力タイミングがとられているから、ま
ず、発光素子11aからその駆動を開始し発光素子11
eの駆動で1巡目の駆動が終了し、この段階で測距対象
物が符号で13の位置にあるときは発光素子11cの放
射光Rcによって検出でき、その駆動の2巡目では測距
対象物が13’の位置にあるときは発光素子11dの放
射光Rdによって検出できることになるから、測距対象
物までの距離および測距対象物が上記範囲Aに位置して
いることが判明するのみならず、測距対象物の移動方向
つまり13の位置から13’の位置へと移動する方向も
判明することになる。このように測距対象物の移動方向
に応じたセンサを使用する機器においてはその制御の応
用範囲が拡大可能となる。The distance measuring object 13 is located on the optical axis of an arbitrary position range A ″ shown by hatching in the range A, that is, on the optical axis of the radiation Rc from the light emitting element 11c. The reflected light Rc ′ based on the radiated light Rc from the distance measuring object 13 (the radiated light is typically indicated by a symbol R in FIG. 2, but is the radiated light from each of the light emitting elements 11a to 11e). Among them, only the emitted light Rc is reflected, so that the reflected light is reflected light Rc ′ by the emitted light Rc).
5, the PSD 15 forms a light spot by the reflected light Rc ′. In the PSD 15, a distance measurement signal is output in accordance with the formation position of the light spot formed based on the light emitted from the light emitting element 11c. In this case, the light spot corresponds to each of the light emitting elements 11a to 11e. From each radiation Ra ~
Re from any output timing of each light emitting element 1
Since it is known from the contents described later with reference to FIGS. 3 and 4 whether or not the light spot is formed based on the radiated lights Ra to Re from the light sources 1a to 11e, the distance is measured based on the principle of the triangulation. The distance L to the object 13 can be detected. Therefore, even if the distance measuring object 13 is located in any of the ranges A, the radiation light Ra to Re is emitted from each of the light emitting elements 11a to 11e, and the distance measuring object 13
A corresponding light spot is formed on the PSD 15 by the reflected light from the object, so that the number of the PSDs 15 is one. The distance to the object 13 can be detected. In addition, the radiation light Ra to R from each of the light emitting elements 11a to 11e with respect to the distance measurement target 13 within this range A.
e, and the reflected light is incident on the PSD 15, so that it is possible to determine the position within the range A where the distance measurement target 13 is located. In addition, since the emission light output timing is set so that the light emitting elements 11a to 11e sequentially emit the emission light Ra to Re as described later, first, the driving of the light emitting element 11a is started to emit light. Element 11
The driving of the first cycle is completed by the driving of e, and at this stage, when the object to be measured is at the position 13 in the code, it can be detected by the emitted light Rc of the light emitting element 11c. When the object is located at the position 13 ', it can be detected by the emitted light Rd of the light emitting element 11d. Therefore, it is found that the distance to the object to be measured and the object to be measured are located in the range A. In addition, the direction in which the object to be measured moves, that is, the direction in which the object moves from the position 13 to the position 13 'is determined. As described above, in a device using a sensor according to the moving direction of the object to be measured, the range of application of the control can be expanded.
【0011】次に前述した発光素子11a〜11eそれ
ぞれの放射光出力のタイミングと、そのタイミングをと
るためのこれら発光素子11a〜11eを駆動する駆動
回路について図3および図4を参照して説明する。図3
a〜eに示されるローレベルはアクティブレベルであ
り、それぞれ各発光素子11a〜11eを駆動する時分
割な駆動パルス11a’〜11e’を示しており、これ
ら駆動パルスによって各発光素子11a〜11eは駆動
されて放射光Ra〜Reをそれぞれ出力する。そして、
図3fはPSD15の測距信号Voを示している。図3
fで測距信号16は発光素子11aの放射光Raによる
PSD15への反射光によるものであり、測距信号17
は発光素子11bの放射光RbによるPSD15への反
射光によるものであり、測距信号18は発光素子11c
の放射光RcによるPSD15への反射光によるもので
ある。このようにして各発光素子11a〜11eそれぞ
れの放射光Ra〜ReによるPSD15からの測距信号
は時分割で出力されることになる。図4では、機器制御
部40から前記駆動パルス11a’〜11e’が出力さ
れ、これら駆動パルス11a’〜11e’はそれぞれ測
距センサ41に与えられる。測距センサ41は、前記駆
動パルス11a’〜11e’それぞれが入力される駆動
回路42と、前記発光素子11a〜11eと、投光レン
ズ12a〜12eと、受光レンズ14と、PSD15
と、PSD15からの測距信号Voを処理する信号処理
回路43とを有している。機器制御部40は、図3a〜
eで示されるタイミングで駆動パルス11a’〜11
e’を出力し、駆動回路42はこれら駆動パルスの入力
に応答して各発光素子11a〜11eを順次に発光駆動
する。このようにして図1および図2で示されている測
距対象物13が例えば発光素子11cの光軸上に位置し
ていれば、その発光素子11cからの放射光Rcに基づ
いて得られるPSD15の測距信号18は、その測距対
象物13までの距離Lを示しているので、この距離Lの
データと、予め設計値で設定されている発光素子11c
から放射光Rcの投光方向の範囲とに基づいて測距対象
物13の方向性も同時に分かることになる。Next, the timing of the emitted light output of each of the light emitting elements 11a to 11e and a drive circuit for driving the light emitting elements 11a to 11e for obtaining the timing will be described with reference to FIGS. . FIG.
The low levels indicated by a to e are active levels, and indicate time-division driving pulses 11a 'to 11e' for driving the light emitting elements 11a to 11e, respectively. The light emitting elements 11a to 11e are driven by these driving pulses. It is driven to output radiation light Ra to Re, respectively. And
FIG. 3F shows the ranging signal Vo of the PSD 15. FIG.
At f, the ranging signal 16 is based on the reflected light on the PSD 15 due to the emitted light Ra of the light emitting element 11a.
Is based on the reflected light from the light emitting element 11b to the PSD 15 due to the emitted light Rb, and the distance measurement signal 18 is
This is due to the reflected light to the PSD 15 due to the emitted light Rc. In this way, the ranging signal from the PSD 15 based on the emitted light Ra to Re of each of the light emitting elements 11a to 11e is output in a time-division manner. In FIG. 4, the drive pulses 11 a ′ to 11 e ′ are output from the device control unit 40, and these drive pulses 11 a ′ to 11 e ′ are given to the distance measurement sensor 41. The distance measuring sensor 41 includes a driving circuit 42 to which the driving pulses 11a 'to 11e' are input, the light emitting elements 11a to 11e, the light projecting lenses 12a to 12e, the light receiving lens 14, the PSD 15
And a signal processing circuit 43 for processing the ranging signal Vo from the PSD 15. The device control unit 40 is configured as shown in FIGS.
The drive pulses 11a'-11 at the timing indicated by e
e ′, and the drive circuit 42 sequentially drives the light emitting elements 11a to 11e to emit light in response to the input of these drive pulses. In this way, if the distance measurement target 13 shown in FIGS. 1 and 2 is located on the optical axis of the light emitting element 11c, for example, the PSD 15 obtained based on the radiation Rc from the light emitting element 11c. Since the distance measurement signal 18 indicates the distance L to the distance measurement target 13, the data of the distance L and the light emitting element 11c set in advance by the design value are used.
, The directionality of the distance measurement target 13 can be simultaneously determined based on the range of the projection direction of the radiation light Rc.
【0012】次に、図1で示される広範囲AのXーY2
次元平面内に位置している測距対象物13の方向性と距
離とを1個のPSD15でもって検出するために、図5
で示すようなX,YおよびZの3次元平面内に光学レン
ズ19(受光レンズ14に対応)とPSD20(PSD
15に対応)とを配置させる関係が考えられる。光学レ
ンズ19とPSD20との位置関係において、図5aは
ZーX平面からみた位置関係を示していてPSD20の
Y軸上方において該PSD20のZ軸長手方向と光学レ
ンズ19のX軸長手方向とが直交して配置される位置関
係になっている。図5bはXーY平面からみた位置関係
を示しており、図5cはYーZ平面からみた位置関係を
示している。この位置関係から明らかなように、PSD
20に測距対象物13から反射されて入射されてくる反
射光については光学レンズ19によってZ軸方向の絞り
をかけることで、PSD20上で形成される反射光によ
る光スポットのZ軸方向の線幅が細くできるようにして
光スポットのPSD20上での位置精度を上げている
が、X軸方向については光学レンズ19で絞りをかけな
いような位置関係になっている。Next, XY2 of a wide range A shown in FIG.
In order to detect the directionality and the distance of the distance measuring object 13 located in the three-dimensional plane with one PSD 15, FIG.
The optical lens 19 (corresponding to the light receiving lens 14) and the PSD 20 (PSD) are arranged in a three-dimensional plane of X, Y, and Z as shown by.
15 (corresponding to 15). FIG. 5A shows the positional relationship between the optical lens 19 and the PSD 20 when viewed from the ZX plane. The Z-axis longitudinal direction of the PSD 20 and the X-axis longitudinal direction of the optical lens 19 are above the Y-axis of the PSD 20. The positions are orthogonal to each other. FIG. 5B shows the positional relationship as viewed from the XY plane, and FIG. 5C shows the positional relationship as viewed from the YZ plane. As is clear from this positional relationship, the PSD
With respect to the reflected light that is reflected from the object 13 and is incident on the object 20, the optical lens 19 is used to stop in the Z-axis direction. Although the position accuracy of the light spot on the PSD 20 is increased by making the width narrower, the optical lens 19 does not stop the aperture in the X-axis direction.
【0013】このような位置関係において、図6aで示
すようなXーY直交2次元平面でPSD20に対しY軸
方向に平行に測距対象物からの反射光21が光学レンズ
19を通して入射してくると、その反射光21の焦点距
離21fはPSD20上に設定されているから、その反
射光21はPSD20を含む平面上に結像する。この結
像を図6bで符号23で左上がりハッチングで示してい
る。図6bで示される結像23はPSD20を横断して
X軸方向に延びており、そのうち、PSD20上の結像
部分が光スポットとなる。この場合、光学レンズ19で
反射光21はZ方向で絞りをかけられて集光しているた
め、光スポットのPSD20上での線幅は細くなってい
る。In such a positional relationship, the reflected light 21 from the object to be measured enters through the optical lens 19 parallel to the PSD 20 on the XY orthogonal two-dimensional plane as shown in FIG. Then, since the focal length 21f of the reflected light 21 is set on the PSD 20, the reflected light 21 forms an image on a plane including the PSD 20. This image is shown in FIG. The image 23 shown in FIG. 6B extends in the X-axis direction across the PSD 20, and an image portion on the PSD 20 becomes a light spot. In this case, since the reflected light 21 is converged and condensed in the Z direction by the optical lens 19, the line width of the light spot on the PSD 20 is small.
【0014】しかし、ここで問題となるのが、放射線状
に投光され測距対象物で反射されPSD20上に入射さ
れてくる反射光にはY軸に対して入射角度θがついてい
る場合があり、例えば図6aにおいて反射光21に比べ
て角度θで入射してくる反射光22については光学レン
ズ19の絞り面からPSD20までの距離は22fとな
り、これは反射光21による焦点距離21fと比較して
21f<22fの関係となってしまう。この場合の光学
レンズ19の焦点距離は設計上から焦点距離21fのみ
であるため、入射光22はPSD20よりもY軸上方の
位置で合焦して集光されてしまうからPSD20上では
焦点が合わず広がってしまい、図6bで示すように、反
射光22による右上がりハッチングで示されている結像
24となる。この結像24の場合は合焦していないため
結像23に比較してZ軸方向の線幅が太いから、PSD
20上での光スポットのZ方向の線幅が太くなり測距誤
差を生じやすくなってしまう。However, the problem here is that the reflected light projected radially, reflected by the object to be measured and incident on the PSD 20 has an incident angle θ with respect to the Y axis. For example, in FIG. 6A, for the reflected light 22 entering at an angle θ compared to the reflected light 21, the distance from the stop surface of the optical lens 19 to the PSD 20 is 22 f, which is compared with the focal length 21 f of the reflected light 21. As a result, a relationship of 21f <22f results. In this case, since the focal length of the optical lens 19 is only the focal length 21f from the design point of view, the incident light 22 is focused and condensed at a position above the PSD 20 on the Y axis. As shown in FIG. 6B, an image 24 is formed by hatching to the right due to the reflected light 22. Since the image 24 is not focused, the line width in the Z-axis direction is thicker than the image 23,
The line width of the light spot on the surface 20 in the Z direction becomes large, and a distance measurement error is likely to occur.
【0015】そこで、このような問題を解決するため図
7で示すような断面形状が半円弧状をなすトロイダル型
光学レンズ25を用いることが本実施の形態において提
案される。図7aは図6aに、図7bは図6bに、図7
cは図6cにそれぞれ対応した光学レンズ25とPSD
20との位置関係である。ここで、この光学レンズ25
については図7bのAーA’線断面とBーB’線断面と
が同形状であることが図7dで示されている。このよう
な構造の光学レンズ25を用いた場合においては、図6
aに対応する図8aで示すように、PSD20に対して
Y軸方向に平行に入射する反射光26に対しても、PS
D20に対してY軸方向に角度θをつけて入射する反射
光27に対しても、それぞれの反射光26,27はいず
れもその焦点距離26f,27fがPSD20上で合焦
する26f=27fとなるように構成されている。In order to solve such a problem, it is proposed in this embodiment to use a toroidal optical lens 25 having a semicircular cross section as shown in FIG. FIG. 7a is shown in FIG. 6a, FIG.
c is the optical lens 25 and PSD corresponding to FIG.
It is a positional relationship with 20. Here, this optical lens 25
7d shows that the cross section taken along the line AA ′ and the cross section taken along the line BB ′ of FIG. 7b have the same shape. When the optical lens 25 having such a structure is used, FIG.
As shown in FIG. 8A corresponding to FIG. 8A, the reflected light 26 incident parallel to the PSD 20 in the Y-axis direction
With respect to the reflected light 27 incident on the D20 at an angle θ in the Y-axis direction, each of the reflected lights 26, 27 has a focal length 26f, 27f at which the focal length 26f, 27f is focused on the PSD 20; It is configured to be.
【0016】このような光学レンズ25を用いた場合に
おいては、図6bに対応する図8bで示されるように反
射光26による結像24も、反射光27による結像29
もZ軸方向に線幅が細いものとなり、したがって、PS
D25上でのそれら反射光26,27による光スポット
も線幅が細いものとなり、測距精度が大幅に向上するこ
とになる。In the case where such an optical lens 25 is used, as shown in FIG. 8B corresponding to FIG.
Also has a narrow line width in the Z-axis direction, so that PS
The light spot by the reflected lights 26 and 27 on D25 also has a narrow line width, and the distance measurement accuracy is greatly improved.
【0017】また、図7においてはトロイダル光学レン
ズ25を用いたが、図9で示すようなXおよびZ方向に
いずれも絞りをかける複数の、本実施の形態では5個の
球体レンズ30を図8の光学レンズ25の円弧面に対応
して互いに等間隔に配置することで、球体レンズ30そ
れぞれの焦点距離は同一のfであるから、それぞれの球
体レンズ30を通した反射光はPSD20上に合焦して
集光され、測距精度を向上させることができる。In FIG. 7, the toroidal optical lens 25 is used. However, as shown in FIG. 9, a plurality of spherical lenses 30 each having an aperture in both the X and Z directions are illustrated. 8 are arranged at regular intervals corresponding to the arc surfaces of the optical lenses 25, the spherical lenses 30 have the same focal length f, so that the reflected light passing through each spherical lens 30 is reflected on the PSD 20. It is focused and condensed, and the ranging accuracy can be improved.
【0018】上記した本実施の形態に係る測距センサの
外形について図10を参照して説明する。この測距セン
サは、下部側が前方に突出した突出部を有しこの突出部
前面が段付きの弧状面となり、各面に投光レンズ12a
〜12eが配備され、その各投光レンズ12a〜12e
の内部に図にあらわれない発光素子11a〜11eが配
備され、上部側前面に受光レンズ14が配備され、その
受光レンズ14に対応する内部に図にあらわれないPS
D20が配備された形状になっている。The outer shape of the distance measuring sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. This distance measuring sensor has a projecting portion having a lower portion projecting forward, the front surface of the projecting portion being a stepped arcuate surface, and a light projecting lens 12a on each surface.
12e are provided, and the respective light projecting lenses 12a to 12e
The light-emitting elements 11a to 11e not shown in the figure are provided in the inside, the light receiving lens 14 is provided in the upper front surface, and the PS not shown in the figure corresponding to the light receiving lens 14 is provided.
D20 has a deployed shape.
【0019】なお、本発明においては発光素子11a〜
11eは中心点Oから同一半径距離の円弧上に配置され
たが、広範囲Aを個別にカバーできればよく、必ずしも
同一半径距離上に配置される必要はなく、それぞれの放
射光Ra〜Reの放射方向に向けて配置されるとよい。In the present invention, the light emitting elements 11a to 11a
Although 11e is arranged on an arc having the same radial distance from the center point O, it is sufficient that the wide area A can be individually covered, and it is not necessarily required to be arranged on the same radial distance, and the radiation directions of the respective radiated lights Ra to Re are provided. It is good to be arranged toward.
【0020】なお、本発明においては発光素子11a〜
11eは互いに等間隔であったが、必ずしも等間隔であ
る必要はなく、例えば中央から左右に配置される発光素
子にかけて互いの間隔が狭くなるようにしたり広くなる
ようにしてもよい。In the present invention, the light emitting elements 11a to 11a
11e are equidistant from each other, but do not necessarily have to be equidistant. For example, the distance between the light emitting elements arranged from the center to the left and right may be narrowed or widened.
【0021】なお、本発明においては投光レンズ12a
〜12eは必ずしも必須のものではなく、放射光Ra〜
Reが放射されれば投光レンズを省略してもよい。In the present invention, the light projecting lens 12a
To 12e are not necessarily essential, and the radiation light Ra to
If Re is emitted, the light projection lens may be omitted.
【0022】[0022]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、発光素子
からの放射光を測距対象物に投光し、この投光で測距対
象物で反射される反射光をPSDで受光し、この受光に
よってPSD上に形成される光スポットの位置から測距
対象物の位置を検出する三角測距方式の測距センサにお
いて、所定範囲の2次元平面内に位置する測距対象物に
対して少なくとも測距を行うためにその2次元平面内に
おいてそれぞれからの放射光が前記所定範囲の任意の位
置にある測距対象物に向けて個別に放射光を発すること
ができるように発光素子の複数個が配置され、各発光素
子それぞれからの放射光による測距対象物での反射光を
受光して測距信号が出力できる位置に単一のPSDが配
置されて構成されているから、前記所定範囲内のいずれ
の位置の測距対象物についても正確に測距できる。As described above, according to the present invention, the light emitted from the light emitting element is projected on the object to be measured, and the reflected light reflected by the object is received by the PSD. In a distance measuring sensor of a triangular distance measuring method for detecting a position of a distance measuring object from a position of a light spot formed on a PSD by this light reception, a distance measuring object located in a two-dimensional plane within a predetermined range is detected. In order to perform at least distance measurement, the light-emitting elements of the light-emitting elements are so arranged that the light emitted from each of the light-emitting elements can individually emit the light toward a distance-measuring object located at an arbitrary position in the predetermined range in the two-dimensional plane. Since a plurality of light emitting elements are arranged and a single PSD is arranged at a position where the reflected light from the object to be measured by the light emitted from each light emitting element can be received and a distance measurement signal can be output, Distance measurement target at any position within the predetermined range About it can be accurately the distance measurement also.
【0023】また、各発光素子それぞれが所定タイミン
グで個別に駆動され、PSDはそのタイミングに対応し
た測距信号を出力する場合では、それら測距信号から測
距対象物の移動の方向などを検出できる。When each light emitting element is individually driven at a predetermined timing, and the PSD outputs a ranging signal corresponding to the timing, the PSD detects a moving direction of the object to be measured from the ranging signals. it can.
【0024】さらにまた、PSDの前方に前記反射光を
PSD上に集光させる受光レンズが配置され、その受光
レンズが2次元平面内上でPSDに対して任意の入射角
度で入射する反射光に対してPSD上で合焦させる場合
では、どの入射角度の反射光に基づくPSD上の光スポ
ットについてもその線幅を細くすることができるから、
PSD上での光スポットの位置精度が高められ、測距精
度を向上できる。Further, a light-receiving lens for condensing the reflected light on the PSD is disposed in front of the PSD, and the light-receiving lens is adapted to reflect reflected light entering the PSD at an arbitrary incident angle on a two-dimensional plane. On the other hand, in the case of focusing on the PSD, the line width of the light spot on the PSD based on the reflected light at any incident angle can be reduced.
The position accuracy of the light spot on the PSD is improved, and the distance measurement accuracy can be improved.
【図1】本発明の一実施形態に係る測距センサのXーY
平面からみた構成を示す図である。FIG. 1 is an XY diagram of a distance measuring sensor according to an embodiment of the present invention.
It is a figure showing composition seen from a plane.
【図2】前記測距センサのYーZ平面からみた構成を示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the distance measuring sensor as viewed from a YZ plane.
【図3】前記測距センサの発光素子の複数個を駆動する
駆動パルスを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing drive pulses for driving a plurality of light emitting elements of the distance measuring sensor.
【図4】図3の駆動パルスの処理のための回路とPSD
の測距信号の処理のための回路を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit and a PSD for processing the driving pulse of FIG. 3;
FIG. 3 is a circuit diagram showing a circuit for processing a ranging signal of FIG.
【図5】受光レンズである光学レンズとPSDとの位置
関係を示す図であり、(a)はZーY平面からみた位置
関係を示し、(b)はYーX平面からみた位置関係を示
し、(c)はYーZ平面からみた位置関係を示してい
る。5A and 5B are diagrams illustrating a positional relationship between an optical lens serving as a light receiving lens and a PSD, wherein FIG. 5A illustrates a positional relationship viewed from a ZY plane, and FIG. 5B illustrates a positional relationship viewed from a YX plane. (C) shows the positional relationship as viewed from the YZ plane.
【図6】図5の光学レンズを通しての放射光の入射角度
とその放射光によるPSD上での光スポットの形成の説
明に供する図であり、(a)はYーX平面での光学レン
ズとPSDとの位置関係を示し、(b)はZーX平面で
の受光レンズとPSDとの位置関係を示している。6A and 6B are diagrams for explaining an incident angle of radiated light through the optical lens of FIG. 5 and formation of a light spot on a PSD by the radiated light. FIG. FIG. 3B shows the positional relationship between the light receiving lens and the PSD on the ZX plane.
【図7】他の受光レンズである光学レンズとPSDとの
位置関係を示す図であり、(a)はZーY平面からみた
位置関係を示し、(b)はYーX平面からみた位置関係
を示し、(c)はYーZ平面からみた位置関係を示し、
(d)は(a)のAーA’線とBーB’線に沿う光学レ
ンズの断面図を示している。7A and 7B are diagrams showing a positional relationship between an optical lens as another light receiving lens and a PSD, wherein FIG. 7A shows a positional relationship as viewed from a ZY plane, and FIG. 7B shows a positional relationship as viewed from a YX plane. (C) shows the positional relationship viewed from the YZ plane,
(D) is a sectional view of the optical lens taken along the line AA 'and the line BB' of (a).
【図8】図7の光学レンズを通しての放射光の入射角度
とその放射光によるPSD上での光スポットの形成の説
明に供する図であり、(a)はYーX平面での光学レン
ズとPSDとの位置関係を示し、(b)はZーX平面で
の受光レンズとPSDとの位置関係を示している。8A and 8B are diagrams for explaining an incident angle of emitted light through the optical lens of FIG. 7 and formation of a light spot on a PSD by the emitted light, and FIG. 8A illustrates an optical lens on a YX plane; FIG. 3B shows the positional relationship between the light receiving lens and the PSD on the ZX plane.
【図9】光学レンズの他の変形例を示す図である。FIG. 9 is a view showing another modification of the optical lens.
【図10】本発明の実施の形態に係る測距センサの外観
を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an appearance of a distance measuring sensor according to the embodiment of the present invention.
【図11】従来の測距センサの構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a conventional distance measuring sensor.
【図12】他の従来の測距センサの構成を示す図であ
る。FIG. 12 is a diagram showing a configuration of another conventional distance measuring sensor.
【図13】さらに他の従来の測距センサの構成を示す図
である。FIG. 13 is a diagram showing a configuration of still another conventional distance measuring sensor.
11a〜11e 光学素子 12a〜12e 投光レンズ 13,13’ 測距対象物 14 受光レンズ 15 半導体位置検出素子(PSD) Ra〜Re 放射光 Rc’ 反射光 11a to 11e Optical element 12a to 12e Light projecting lens 13, 13 'Distance measuring object 14 Light receiving lens 15 Semiconductor position detecting element (PSD) Ra to Re radiation light Rc' reflected light
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 3/00 - 3/32 G01B 11/00 - 11/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01C 3/00-3/32 G01B 11/00-11/30
Claims (2)
対象物に複数個の発光素子から個別に放射光を投光し、
前記各発光素子それぞれからの放射光による前記測距対
象物での反射光を受光して、この受光によって単一の半
導体位置検出素子上に形成される光スポットの位置から
前記測距対象物の位置を検出する三角測距方式の測距セ
ンサにおいて、 前記半導体位置検出素子の前方に前記反射光を前記半導
体位置検出素子上に集光させる単一のトロイダル型の受
光レンズが配置され、前記受光レンズは、前記2次元平
面上で前記半導体位置検出素子に対して任意の入射角度
を有する反射光に対して当該半導体位置検出素子上に合
焦させる ことを特徴とする測距センサ。1. A distance measuring device located in a two-dimensional plane within a predetermined range.
Emitting emitted light from multiple light-emitting elements individually to the object,
The distance measuring pair by radiation light from each of the light emitting elements
The reflected light from the elephant is received, and the received light
From the position of the light spot formed on the conductor position detection element
A triangulation-based distance measuring system for detecting the position of the object to be measured.
The reflected light in front of the semiconductor position detecting element.
A single toroidal receiver that focuses on the body position detector
An optical lens is provided, and the light receiving lens is
Any angle of incidence on the surface with respect to the semiconductor position detecting element
Is reflected on the semiconductor position detecting element for reflected light having
A distance measuring sensor characterized by focusing .
グで個別に駆動され、前記半導体位置検出素子は、その
タイミングに対応した測距信号を出力することを特徴と
する請求項1記載の測距センサ。2. The distance measuring sensor according to claim 1, wherein each of the light emitting elements is individually driven at a predetermined timing, and the semiconductor position detecting element outputs a distance measuring signal corresponding to the timing. .
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| JP01108896A JP3265449B2 (en) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | Distance sensor |
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| JPH09203631A JPH09203631A (en) | 1997-08-05 |
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